DE102021119996A1 - Method for operating a handling system, handling system and computer program product - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungslage (10), umfassend wenigstens einen Manipulator (30), ein Magazin (26) mit einer Mehrzahl von Greifmodulen (22), welche jeweils wenigstens einen Greifendeffektor (28) aufweisen, wenigstens ein mit dem wenigstens einen Manipulator verbundenes und durch diesen verlagerbares Greifergrundmodul (20) mit einer Mehrzahl von Koppelstellen (24), an jeweils ein Greifmodul ankoppelbar ist, und eine Steuereinrichtung, umfassend Bereitstellen von Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers, Ermitteln einer Greifer-Konfiguration in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen, Zusammensetzen des Greifers durch sequentielles Anfahren des Greifergrundmoduls an die anzukoppelnden Greifmodule mittels des wenigstens einen Manipulators und Ankoppeln der Greifmodule an die jeweils zugeordneten Koppelstellen. Die Erfindung betrifft auch eine Handhabungsanlage sowie ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to a method for operating a handling position (10), comprising at least one manipulator (30), a magazine (26) with a plurality of gripping modules (22), which each have at least one gripping end effector (28), at least one with the at least a gripper base module (20) that is connected to a manipulator and can be displaced by it, with a plurality of coupling points (24) that can be coupled to a respective gripper module, and a control device, comprising providing boundary conditions for a configuration of the gripper, determining a gripper configuration as a function of the specified ones Boundary conditions, assembling the gripper by sequentially moving the gripper base module to the gripper modules to be coupled by means of the at least one manipulator and coupling the gripper modules to the respectively associated coupling points. The invention also relates to a handling system and a computer program product.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage gemäß Anspruch 1, eine Handhabungsanlage gemäß Anspruch 14 sowie ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 15.The invention relates to a method for operating a handling system according to claim 1, a handling system according to
Handhabungsanlagen dienen insbesondere zum Greifen und Handhaben von Gegenständen und finden beispielsweise in Produktionsumgebungen Verwendung, um Werkstücke zwischen verschiedenen Bearbeitungsorten zu transportieren oder während einer Bearbeitung positionsgenau zu halten. Solche Handhabungsanlage umfassen üblicherweise einen Greifer mit wenigstens einem Greifendeffektor zum Greifen des Gegenstands und einen Manipulator, bspw. einen Roboter, mittels dessen der Greifer und somit ein daran angeordnetes Greifobjekt verlagerbar ist.Handling systems are used in particular for gripping and handling objects and are used, for example, in production environments to transport workpieces between different processing locations or to hold them in a precise position during processing. Such handling systems usually include a gripper with at least one gripping end effector for gripping the object and a manipulator, for example a robot, by means of which the gripper and thus a gripped object arranged thereon can be displaced.
Um Greifobjekte mit unterschiedlicher Form und Größe zuverlässig handhaben zu können, ist es wünschenswert eine Greifer-Konfiguration individuell auf das Greifobjekt anpassen zu können. Vor diesem Hintergrund sind beispielsweise Greifer bekannt, bei denen Position und/oder Anzahl der Greifendeffektoren manuell veränderbar ist. Bei solchen Greifern findet dann üblicherweise vor dem eigentlichen Handhabungsprozess ein manueller Einrichtungsprozess statt, um die Greifer bspw. an veränderte Greifanforderungen anzupassen. Dies führt regelmäßig dazu, dass die Greifer für unerwünscht lange Zeitdauern nicht bestimmungsgemäß verwendet werden können. Zudem ist es in der Praxis beispielsweise bekannt, Sauggreifer mit unterschiedlich großen Saugquerschnitten vorzuhalten und diese in Abhängigkeit von Geometrie und Beschaffenheit eines zu greifenden Gegenstands entsprechend auszuwechseln.In order to be able to reliably handle objects of different shapes and sizes, it is desirable to be able to adapt a gripper configuration individually to the object to be gripped. Against this background, for example, grippers are known in which the position and/or number of gripping end effectors can be changed manually. With such grippers, a manual set-up process then usually takes place before the actual handling process, in order to adapt the grippers, for example, to changed gripping requirements. This regularly means that the grippers cannot be used as intended for undesirably long periods of time. In addition, it is known in practice, for example, to have suction grippers with suction cross sections of different sizes and to exchange them accordingly depending on the geometry and nature of an object to be gripped.
Die Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, Gegenstände mit unterschiedlichen Formen und Größenverhältnissen zuverlässig automatisiert handhaben zu können.The invention is concerned with the task of being able to reliably and automatically handle objects with different shapes and proportions.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren zum Betreiben einer Handhabungsanlage mit konfigurierbarem Greifer zum Greifen eines Greifobjektes, insbesondere um ein Verfahren zum automatisierten Bereitstellen eines Greifers mittels einer Handhabungsanlage.This object is achieved by a method having the features of claim 1. This is a method for operating a handling system with a configurable gripper for gripping an object to be gripped, in particular a method for automatically providing a gripper by means of a handling system.
Die Handhabungsanlage umfasst wenigstens einen Manipulator. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Roboter handeln. Beispielsweise kann der Roboter mit einer Portal-Kinematik, Scara-Kinematik, klassischen 6-Achs-Kinematik, Delta-Kinematik oder Seilzug-Kinematik ausgebildet sein.The handling system includes at least one manipulator. This can in particular be a robot. For example, the robot can be designed with portal kinematics, Scara kinematics, classic 6-axis kinematics, delta kinematics or cable kinematics.
Die Anlage umfasst außerdem ein Magazin mit einer Mehrzahl von vorkonfigurierten Greifmodulen. Die Greifmodule weisen wenigstens einen Greifendeffektor zum Greifen eines Greifobjektes auf.The system also includes a magazine with a number of preconfigured gripper modules. The gripping modules have at least one gripping end effector for gripping an object to be gripped.
Die Handhabungsanlage umfasst außerdem ein Greifergrundmodul. Das Greifergrundmodul ist mit dem wenigstens einen Manipulator verbunden und durch diesen, vorzugsweise zumindest in alle drei Raumrichtungen, verlagerbar. Beispielsweise ist es denkbar, dass das Greifergrundmodul über einen Roboterflansch an einem Roboterarm lösbar befestigt ist. Das Greifergrundmodul umfasst eine Mehrzahl von Koppelstellen, an welchen - zur Bildung des Greifers - jeweils ein Greifmodul, insbesondere lösbar, ankoppelbar ist. Durch Ankoppeln unterschiedlicher Greifmodule an das Greifergrundmodul kann insofern ein Greifer individuell zusammengesetzt werden.The handling system also includes a gripper base module. The gripper base module is connected to the at least one manipulator and can be displaced by it, preferably at least in all three spatial directions. For example, it is conceivable that the gripper base module is detachably attached to a robot arm via a robot flange. The gripper base module comprises a plurality of coupling points to which—to form the gripper—a respective gripping module can be coupled, in particular detachably. By coupling different gripper modules to the gripper base module, a gripper can be assembled individually.
Die Handhabungsanlage umfasst außerdem eine Steuereinrichtung mit einer Datenverarbeitungsanlage. Die Steuereinrichtung ist unter anderem dazu ausgebildet, den wenigstens einen Manipulator anzusteuern.The handling system also includes a control device with a data processing system. The control device is designed, among other things, to control the at least one manipulator.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben einer solchen Vorrichtung und umfasst die folgenden Schritte, die insbesondere in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.The method according to the invention is used to operate such a device and includes the following steps, which are carried out in the specified order.
Gemäß dem Verfahren werden zunächst Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers auf der Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt. Die Randbedingungen umfassen Greifobjekt-Informationen, also Informationen zu einem zu greifenden Greifobjekt. Insbesondere können die Greifobjekt-Informationen Geometriedaten des Greifobjektes, beispielsweise umfassend Informationen zu dessen äußerer Form, und/oder Gewichtsdaten des Greifobjektes umfassen.According to the method, boundary conditions for a configuration of the gripper are initially provided on the data processing system. The boundary conditions include grasping object information, ie information about a grasping object to be grasped. In particular, the gripped object information can include geometry data of the gripped object, for example including information on its external shape, and/or weight data of the gripped object.
In einem weiteren Schritt wird dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen auf der Datenverarbeitungsanlage eine Greifer-Konfiguration rechentechnisch ermittelt. Die Greifer-Konfiguration repräsentiert dabei für jede Koppelstelle des Greifergrundmoduls Anzahl, insbesondere null oder eins, sowie Typ eines in einem späteren Schritt an die Koppelstelle anzukoppelnden Greifmoduls. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen für jede Koppelstelle ermittelt, ob überhaupt und, wenn ja, welches aus den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen angekoppelt werden soll. Die Greifer-Konfiguration umfasst insofern insbesondere eine Zuordnung zwischen in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen und entsprechenden Koppelstellen des Greifergrundmoduls.In a further step, a gripper configuration is then determined by computer on the data processing system as a function of the specified boundary conditions. For each coupling point of the gripper base module, the gripper configuration represents the number, in particular zero or one, and the type of gripping module to be coupled to the coupling point in a later step. In other words, depending on the specified boundary conditions, it is determined for each coupling point whether any and, if so, which of the gripper modules present in the magazine is to be coupled. In this respect, the gripper configuration includes in particular an assignment between gripper modules present in the magazine and corresponding coupling points of the gripper base module.
In Abhängigkeit der ermittelten Greifer-Konfiguration wird der Greifer dann zusammengesetzt. Insofern werden die gemäß der Greifer-Konfiguration ausgewählten Greifmodule an die ihnen jeweils zugeordneten Koppelstellen angekoppelt. Hierzu wird das Greifergrundmodul mittels des wenigstens einen Manipulators sequenziell an die gemäß der Greifer-Konfiguration anzukoppelnden Greifmodule angefahren und dann das jeweilige Greifmodul an die ihm zugeordnete Koppelstelle angekoppelt.Depending on the determined gripper configuration, the gripper is then assembled. In this respect, the gripper modules selected according to the gripper configuration are coupled to the coupling points assigned to them. For this purpose, the gripper base module is moved sequentially to the gripper modules to be coupled according to the gripper configuration by means of the at least one manipulator, and the respective gripper module is then coupled to the coupling point assigned to it.
In einem weiteren Schritt kann dann der zusammengesetzte Greifer an das zu greifende Greifobjekt angefahren werden und dieser mittels des Greifers gegriffen werden. Zu diesem Zweck kann der Greifer mittels des gleichen wenigstens einen Manipulators verfahren werden, der zum Zusammensetzen des Greifers verwendet wurde. Es ist grundsätzlich aber auch denkbar, dass ein von diesem separat bereitgestellter Manipulator verwendet wird. Beispielsweise ist es denkbar, dass der zum Zusammensetzen des Greifers verwendete Manipulator den Greifer vor dem eigentlichen Handhabungsprozess an einen weiteren Manipulator übergibt, mittels dessen dann der zusammengesetzte Greifer an den zu greifenden Gegenstand angefahren wird.In a further step, the assembled gripper can then be moved to the object to be gripped and this can be gripped by means of the gripper. For this purpose, the gripper can be moved by means of the same at least one manipulator that was used to assemble the gripper. In principle, however, it is also conceivable for a manipulator provided separately from this to be used. For example, it is conceivable that the manipulator used to assemble the gripper transfers the gripper to another manipulator before the actual handling process, by means of which the assembled gripper is then moved to the object to be gripped.
Ein solches Verfahren ermöglicht es, in Abhängigkeit eines zu greifenden Gegenstandes, insbesondere einer äußeren Form des Gegenstandes und/oder eines Gewichts des Gegenstands, einen passenden Greifer automatisiert zu konfigurieren und dann modular zusammenzusetzen. Das Verfahren basiert insofern nicht auf dem Austausch von kompletten, vorkonfigurierten Greifern, sondern auf dem automatisierten Zusammensetzen eines Greifers aus einzelnen Modulen. Hierdurch können Gegenstände mit unterschiedlicher Größe und Formenvielfalt mit nur einer Handhabungsanlage zuverlässig gegriffen werden und zwar ohne, dass ein manueller Einrichtungsprozess erforderlich ist.Such a method makes it possible, depending on an object to be gripped, in particular an external shape of the object and/or a weight of the object, to automatically configure a suitable gripper and then to assemble it in a modular manner. In this respect, the process is not based on the exchange of complete, preconfigured grippers, but on the automated assembly of a gripper from individual modules. As a result, objects of different sizes and shapes can be reliably gripped with just one handling system, without a manual set-up process being required.
Das Ankoppeln der Greifmodule an die Koppelstellen des Greifergrundmoduls kann beispielsweise durch mechanisches Klemmen und/oder mechanisches Einrasten erfolgen, insbesondere durch eine mechanische Steckverbindung. Es ist auch denkbar, dass die Greifmodule durch eine Unterdruck- oder Magnetwirkung an dem Greifergrundmodul lösbar befestigbar sind. Zur Erleichterung eines Ankoppelvorgangs können an den Greifmodulen und/oder an dem Greifergrundmodul Einführhilfen, insbesondere Zentrierhilfen, vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Nuten-Führungen, Schrägen (Fasen) und/oder Abrundungen.The gripping modules can be coupled to the coupling points of the gripper base module, for example, by mechanical clamping and/or mechanical latching, in particular by a mechanical plug-in connection. It is also conceivable that the gripper modules can be detachably fastened to the gripper base module by means of a vacuum or magnetic effect. In order to facilitate a coupling process, insertion aids, in particular centering aids, can be provided on the gripper modules and/or on the gripper base module, for example in the form of groove guides, bevels (bevels) and/or roundings.
Die Greifmodule können insbesondere eine Tragstruktur umfassen, an der die Greifendeffektoren angeordnet sind. Beispielsweise kann die Tragstruktur im einfachsten Fall aus Profilteilen, insbesondere Strangpress-Profilen, gebildet sein, was eine leichte und zugleich stabile Ausgestaltung der Greifmodule ermöglicht. Insbesondere kann die Tragstruktur einen oder mehrere Greiferarme umfassen. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Greifmodule einen Hauptarm und einen oder mehrere Seitenarme aufweisen, welche optional schwenkbar an dem Hauptarm gelagert sein können. Insbesondere kann an dem Seitenarm dann ein Greifendeffektor angeordnet sein. Es ist ferner denkbar, dass die Greifmodule Fluid-Kanäle, beispielsweise zur Versorgung eines Sauggreifers mit Unterdruck, umfassen. Die Greifmodule können insbesondere Greifarme unterschiedlicher Länge aufweisen.The gripping modules can in particular comprise a support structure on which the gripping end effectors are arranged. For example, in the simplest case, the supporting structure can be formed from profile parts, in particular extruded profiles, which enables the gripping modules to be designed in a light and at the same time stable manner. In particular, the support structure can include one or more gripper arms. For example, it is conceivable that the gripping modules have a main arm and one or more side arms, which can optionally be pivotably mounted on the main arm. In particular, a gripping end effector can then be arranged on the side arm. It is also conceivable that the gripping modules include fluid channels, for example for supplying a vacuum gripper with negative pressure. The gripping modules can in particular have gripping arms of different lengths.
Bei den Greifendeffektoren kann es sich beispielsweise um Sauggreifer, mechanische Klemmgreifer, Nadelgreifer, Bernoulli-Greifer, Strömungsgreifer und/oder Niederdruckgreifer handeln. Es ist denkbar, dass verschiedene Greifmodule verschiedene Greifendeffektor-Typen umfassen.The gripping end effectors can be, for example, suction grippers, mechanical clamping grippers, needle grippers, Bernoulli grippers, flow grippers and/or low-pressure grippers. It is conceivable that different gripping modules include different types of gripping end effectors.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Magazin zusätzlich zu dem wenigstens einen Greifmodul wenigstens ein Blindmodul umfassen, welches keinen Greifendeffektor aufweist. Das wenigstens eine Blindmodul kann insbesondere dazu ausgebildet sein, nicht durch Greifmodule belegte Koppelstellen des Greifergrundmoduls zu belegen. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Koppelstellen eine Fluidführung, beispielsweise zur Versorgung eines Sauggreifers mit Unterdruck, umfassen. Dann können die Blindmodule dazu verwendet werden, eine Leckage, bspw. von Druckluft und/oder Unterdruck, an einer nicht durch ein Greifmodul belegten Koppelstelle zu verhindern.Within the scope of an advantageous development, the magazine can, in addition to the at least one gripping module, comprise at least one dummy module which does not have a gripping end effector. The at least one dummy module can in particular be designed to occupy coupling points of the gripper base module that are not occupied by gripper modules. Such an embodiment is particularly advantageous when the coupling points include a fluid guide, for example for supplying a vacuum gripper with negative pressure. The dummy modules can then be used to prevent leakage, for example of compressed air and/or negative pressure, at a coupling point that is not occupied by a gripping module.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das Auswählen einer Greifer-Konfiguration in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen, insbesondere der Greifobjekt-Informationen, umfassen. Beispielsweise ist es denkbar, dass auf einer Speichereinrichtung der Datenverarbeitungsanlage Greifer-Standardkonfigurationen bereitgestellt werden, insbesondere in einer Datenbank hinterlegt werden, und dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen eine Greifer-Konfiguration aus diesen Greifer-Standardkonfigurationen ausgewählt wird. Ein solches Verfahren kann mit vergleichsweise geringer Rechenkapazität und somit schnell durchgeführt werden. Insbesondere ist eine solche Ausgestaltung dann vorteilhaft, wenn nur eine begrenzte Art von Greifer-Konfigurationen möglich ist und/oder die zu handhabenden Greifobjekte nur eine geringe Variation untereinander aufweisen (bspw. die gleiche Grundform aufweisen und lediglich proportional größer oder kleiner ausgebildet sind).As part of an advantageous embodiment of the method, the determination of the gripper configuration can include the selection of a gripper configuration as a function of the specified boundary conditions, in particular the gripped object information. For example, it is conceivable that gripper standard configurations are provided on a memory device of the data processing system, in particular stored in a database, and then a gripper configuration is selected from these gripper standard configurations depending on the specified boundary conditions. Such a method can be carried out with comparatively little computing capacity and can therefore be carried out quickly. Such a configuration is particularly advantageous if only a limited type of gripper configuration is possible and/or the objects to be gripped vary only slightly (e.g. have the same basic shape and only Lich are proportionally larger or smaller).
Alternativ oder ergänzend kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das rechentechnische Bewerten von, insbesondere auf einer Speichereinrichtung hinterlegten, Greifer-Standardkonfigurationen in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen umfassen. Insbesondere kann für jede ausgewählte Greifer-Standardkonfiguration ermittelt werden, ob oder wie gut diese die Randbedingungen erfüllt. Im Anschluss kann dann diejenige Greifer-Standardkonfiguration bestimmt werden, bei der die Randbedingungen überhaupt oder vorzugsweise optimal erfüllt sind.As an alternative or in addition, the determination of the gripper configuration can include the computational evaluation of standard gripper configurations, in particular those stored on a memory device, as a function of the specified boundary conditions. In particular, it can be determined for each selected standard gripper configuration whether or how well it fulfills the boundary conditions. Then that gripper standard configuration can be determined in which the boundary conditions are met at all or preferably optimally.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung können zum Ermitteln der Greifer-Konfiguration zunächst Greifmodul-Informationen auf der Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden, welche Informationen zu den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen repräsentieren. Insbesondere können die Greifmodul-Informationen Informationen zu dem jeweiligen Aufbau der Greifmodule (z.B. Position, Anzahl und/oder Typ des wenigstens einen Greifendeffektors bzw. der Tragstruktur) und/oder zu deren in dem Magazin vorhandene Anzahl und/oder zu deren Lagerungsposition in dem Magazin umfassen. Zur Ermittlung der Greifer-Konfiguration können dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen bestimmte Greifmodule aus den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen ausgewählt werden und diese einer jeweiligen Koppelstelle des Greifergrundmoduls zugeordnet werden.As part of an advantageous development, gripping module information can first be made available on the data processing system in order to determine the gripper configuration, which information represents information about the gripping modules present in the magazine. In particular, the gripping module information can include information on the respective structure of the gripping modules (e.g. position, number and/or type of the at least one gripping end effector or the support structure) and/or on their number in the magazine and/or on their storage position in the magazine include. To determine the gripper configuration, specific gripper modules can then be selected from the gripper modules present in the magazine, depending on the specified boundary conditions, and these can be assigned to a respective coupling point of the gripper base module.
Alternativ oder ergänzend kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das Ermitteln von potentiellen Greifer-Konfigurationen umfassen, welche sich aus den im Magazin vorhandenen Greifmodulen und dem Greifergrundmodul zusammensetzen lassen. Insofern können rechentechnisch potentielle Greifer-Konfigurationen ermittelt werden, welche sich aus den vorhandenen Greifmodulen und dem Greifergrundmodul theoretisch zusammensetzen lassen würden. In einem weiteren Schritt können dann diese potentiellen Greifer-Konfigurationen in Abhängigkeit der Randbedingungen auf der Datenverarbeitungsanlage bewertet werden. Insbesondere kann diejenige Greifer-Konfiguration bestimmt werden, bei der die Randbedingungen überhaupt oder vorzugsweise optimal erfüllt sind. Die potentiellen Greifer-Konfigurationen können alle denkgesetzlich möglichen Konfigurationen umfassen oder nur solche, die technisch vorteilhaft realisierbar sind. Beispielsweise ist es denkbar, dass die potentiellen Greifer-Konfiguration unter der Randbedingung ermittelt werden, dass ein Maximalgewicht des zusammengesetzten Greifers einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet.Alternatively or additionally, the determination of the gripper configuration can include the determination of potential gripper configurations, which can be assembled from the gripper modules present in the magazine and the gripper base module. In this respect, potential gripper configurations can be determined computationally, which could theoretically be assembled from the existing gripper modules and the gripper base module. In a further step, these potential gripper configurations can then be evaluated depending on the boundary conditions on the data processing system. In particular, that gripper configuration can be determined in which the boundary conditions are met at all or preferably optimally. The potential gripper configurations can include all conceivable configurations or only those that can be implemented in a technically advantageous manner. For example, it is conceivable that the potential gripper configuration is determined under the boundary condition that a maximum weight of the assembled gripper does not exceed a predetermined threshold value.
Die Randbedingungen, in Abhängigkeit derer eine die Greifer-Konfiguration ermittelt wird, können ferner Prozessbedingungen umfassen, welche Informationen zu einem durchzuführenden Handhabungsprozess repräsentieren. Insofern können zunächst Prozessbedingungen auf der Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden, beispielsweise durch Eingeben und/oder Auswählen der Handhabungsprozessinformationen. Insbesondere können die Prozessbedingungen Beschleunigungsdaten hinsichtlich einer erwarteten maximalen Beschleunigung während eines Handhabungsprozesses umfassen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein Greifobjekt in einem nachfolgenden Handhabungsprozess zuverlässig und sicher gegriffen werden kann.The boundary conditions, as a function of which the gripper configuration is determined, can also include process conditions that represent information about a handling process to be carried out. In this respect, process conditions can first be provided on the data processing system, for example by entering and/or selecting the handling process information. In particular, the process conditions may include acceleration data regarding an expected maximum acceleration during a handling process. In this way it can be ensured that a gripped object can be gripped reliably and safely in a subsequent handling process.
Alternativ oder ergänzend kann eine weitere Randbedingung darin bestehen, dass eine von dem entsprechend der Konfiguration zusammengesetzten Greifer bereitgestellte Haltekraft größer ist als ein vorgegebener, beispielsweise in der Datenverarbeitungsanlage hinterlegter, Schwellwert. Insbesondere kann die Greifer-Konfiguration unter der Randbedingung ermittelt werden, dass eine von dem Greifer bereitgestellte Haltekraft größer ist als eine Gewichtskraft des zu greifenden Greifobjektes, vorzugsweise größer als eine Summe aus Gewichtskraft des Greifobjektes und erwarteter maximaler Beschleunigungskraft während eines geplanten Handhabungsprozesses. Insofern kann sichergestellt werden, dass sich ein Greifobjekt während eines geplanten Handhabungsprozesses nicht von dem Greifer löst.Alternatively or in addition, a further boundary condition can be that a holding force provided by the gripper assembled according to the configuration is greater than a predetermined threshold value, for example stored in the data processing system. In particular, the gripper configuration can be determined under the boundary condition that a holding force provided by the gripper is greater than a weight of the gripping object to be gripped, preferably greater than a sum of the weight of the gripping object and the expected maximum acceleration force during a planned handling process. In this respect it can be ensured that a gripped object does not become detached from the gripper during a planned handling process.
Alternativ oder ergänzend kann die Greifer-Konfiguration unter der Randbedingung ermittelt werden, dass die Greifendeffektoren zweier oder mehrerer Greifmodule in dem zusammengesetzten Greifer einen vorgegebenen, insbesondere in der Datenverarbeitungsanlage hinterlegten oder hinterlegbaren, Mindest- oder Höchstabstand zueinander aufweisen. Beispielsweise kann ein Höchstabstand zwischen zwei Greifendeffektoren derart gewählt sein, dass ein Greifobjekt zwischen den zwischen zwei Greifpunkten nicht durchhängt. Dies ist insbesondere bei biegeschlafen Bauteilen, wie z.B. dünnen Blechen, vorteilhaft.Alternatively or additionally, the gripper configuration can be determined under the condition that the gripping end effectors of two or more gripping modules in the assembled gripper have a predetermined minimum or maximum distance from one another, in particular that is stored or can be stored in the data processing system. For example, a maximum distance between two gripping end effectors can be selected such that a gripped object does not sag between the two gripping points. This is particularly advantageous for pliable components such as thin sheet metal.
Alternativ oder ergänzend kann die Greifer-Konfiguration ferner unter der Randbedingung ermittelt werden, dass die Greifendeffektoren in dem zusammengesetzten Greifer einen vorgegebenen Mindest- oder Höchstabstand von einem das Greifobjekt begrenzenden Rand aufweisen. Hierdurch kann beispielsweise gewährleistet werden, dass ein Randbereich des Greifobjektes für ein Bearbeitungswerkzeug oder einen weiteren Greifer zugänglich ist.Alternatively or additionally, the gripper configuration can also be determined under the boundary condition that the gripping end effectors in the assembled gripper have a predetermined minimum or maximum distance from an edge delimiting the gripped object. This can ensure, for example, that an edge area of the object to be gripped is accessible for a processing tool or another gripper.
Die Greifer-Konfiguration kann außerdem unter der Randbedingung ermittelt werden, dass in dem zusammengesetzten Greifer eine Anzahl von Greifendeffektoren minimiert ist. Insbesondere kann die Greifer-Konfiguration derart ermittelt werden, dass eine Position der Greifendeffektoren derart gewählt ist, dass mit möglichst wenig Greifendeffektoren eine ausreichende Haltekraft bereitgestellt werden kann.The gripper configuration can also be determined under the constraint that a number of gripping end effectors is minimized in the composite gripper. In particular, the gripper configuration can be determined in such a way that a position of the gripping end effectors is selected such that a sufficient holding force can be provided with as few gripping end effectors as possible.
Eine weitere Randbedingung kann darin bestehen, dass die Koppelstellen sternförmig, entlang eines Halbkreises, oder in eine gemeinsame Richtung weisend an dem Greifergrundmodul angeordnet sind.A further boundary condition can be that the coupling points are arranged in a star shape, along a semicircle, or pointing in a common direction on the gripper base module.
Die Ermittlung der Greifer-Konfiguration kann ferner unter der Randbedingung erfolgen, dass zumindest eine Teilmenge der Greifmodule relativ zueinander verschwenkbare Greiferarme aufweist.The gripper configuration can also be determined under the boundary condition that at least a subset of the gripper modules has gripper arms that can be pivoted relative to one another.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Ermitteln der Greifer-Konfiguration das Ermitteln einer Anzahl von Greifpunkten auf dem Greifobjekt umfassen, welche zum sicheren Greifen des Greifobjektes erforderlich sind. Das Ermitteln der Anzahl von Greifpunkten kann insbesondere in Abhängigkeit der bereitgestellten Greifobjekt-Informationen erfolgen, insbesondere in Abhängigkeit der bereitgestellten Greifobjektinformationen und Handhabungsprozessinformationen. In einem weiteren Schritt können dann aus den im Magazin verfügbaren Greifmodulen Greifmodule ausgewählt und diese entsprechenden Koppelstellen zugeordnet werden, derart, dass die Positionen der Greifendeffektoren relativ zueinander den Positionen der Greifpunkte relativ zueinander exakt oder mit einer vorgegebenen Toleranz entsprechen.As part of an advantageous development, determining the gripper configuration can include determining a number of gripping points on the object to be gripped, which are required for securely gripping the object to be gripped. The number of gripping points can be determined in particular as a function of the gripped object information provided, in particular as a function of the gripped object information and handling process information provided. In a further step, gripping modules can then be selected from the gripping modules available in the magazine and assigned to corresponding coupling points such that the positions of the gripping end effectors relative to one another correspond to the positions of the gripping points relative to one another exactly or with a predetermined tolerance.
Die Geometriedaten des zu greifenden Greifobjektes können insbesondere dadurch bereitgestellt werden, dass eine Geometrie, insbesondere eine äußere Form des Greifobjektes, mittels einer Erkennungseinrichtung erfasst wird. Insofern kann die Handhabungsanlage insbesondere eine Erkennungseinrichtung, beispielsweise eine Kameraeinrichtung, zum Erkennen einer Außenfläche eines Greifobjektes umfassen. Insbesondere kann das Erkennen einer Geometrie des Greifobjektes das Erfassen wenigstens eines datenverarbeitungsfähigen Abbildes des Greifobjektes sowie das Erzeugen von das Abbild repräsentierenden Daten umfassen. Eine äußere Form des Greifobjektes kann dann beispielsweise in Abhängigkeit der das Abbild repräsentierenden Daten auf der Datenverarbeitungsanlage identifiziert werden.The geometry data of the gripping object to be gripped can be made available in particular by detecting a geometry, in particular an external shape of the gripping object, using a detection device. In this respect, the handling system can include, in particular, a detection device, for example a camera device, for detecting an outer surface of an object to be gripped. In particular, the recognition of a geometry of the gripped object can include the acquisition of at least one data-processable image of the gripped object and the generation of data representing the image. An external shape of the gripped object can then be identified, for example, as a function of the data representing the image on the data processing system.
Es ist auch denkbar, dass das Bereitstellen der Geometriedaten des Greifobjektes durch Einlesen eines die Gesamtstruktur des zu greifenden Greifobjektes repräsentierenden Greifobjekt-Datensatzes auf die Datenverarbeitungsanlage erfolgt.It is also conceivable for the geometric data of the gripping object to be provided by reading into the data processing system a gripping object data record which represents the overall structure of the gripping object to be gripped.
Es ist auch denkbar, dass das Bereitstellen der Geometriedaten durch Auswählen einer Greifobjekt-Standardgeometrie aus in einer auf der Datenverarbeitungsanlage hinterlegten Datenbank vorhandenen Greifobjekt-Standardgeometrien erfolgt.It is also conceivable for the geometric data to be provided by selecting a gripping object standard geometry from gripping object standard geometries that are present in a database stored on the data processing system.
Insbesondere wird vor dem Anfahren des Greifergrundmoduls an die Greifmodule zum Zusammensetzen des Greifers ein Steuerdatensatz in Abhängigkeit der ermittelten Greifer-Konfiguration auf der Datenverarbeitungsanlage ermittelt. Der Steuerdatensatz kann insbesondere Steueranweisungen für den wenigstens einen Manipulator repräsentieren, die bei Ausführung durch die Steuereinrichtung den wenigstens einen Manipulator dazu veranlassen, das Greifergrundmodul zum Zusammensetzen des Greifers an die gemäß der Greifer-Konfiguration ausgewählten Greifmodule in dem Magazin anzufahren und insbesondere diese an die jeweils zugeordnete Koppelstelle des Greifergrundmoduls anzukoppelnden. Das Ermitteln des Steuerdatensatzes kann insbesondere das Ermitteln eines Greifer-Konfigurations-Datensatzes umfassen, aus dem dann der Steuerdatensatz ermittelt wird. Der Greifer-Konfigurations-Datensatz kann insbesondere für jede Koppelstelle des Greifergrundmoduls Art, Anzahl und Position von Greifmodulen repräsentieren.In particular, before the gripper base module is moved to the gripper modules for assembling the gripper, a control data record is determined on the data processing system as a function of the determined gripper configuration. The control data record can in particular represent control instructions for the at least one manipulator which, when executed by the control device, cause the at least one manipulator to move the gripper base module to the gripper modules selected according to the gripper configuration in the magazine and in particular to the respective associated coupling point of the gripper base module to be coupled. Determining the control data set can in particular include determining a gripper configuration data set, from which the control data set is then determined. The gripper configuration data record can in particular represent the type, number and position of gripper modules for each coupling point of the gripper base module.
Vorzugsweise kann der Steuerdatensatz unter der Randbedingung ermittelt werden, dass eine Kollision zwischen bereits angekoppelten Greifmodulen und noch anzukoppelnden Greifmodulen vermieden wird. Insofern kann eine Reihenfolge der anzufahrenden Greifmodule entsprechend ermittelt und in dem Steuerdatensatz hinterlegt werden.The control data set can preferably be determined under the boundary condition that a collision between gripping modules that are already coupled and gripping modules that are still to be coupled is avoided. In this respect, a sequence of the gripping modules to be approached can be determined accordingly and stored in the control data record.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine Handhabungsanlage gemäß Anspruch 14 gelöst. Die vorstehend in Bezug auf das Verfahren erläuterten Vorteile und Merkmale einer Handhabungsanlage können zu deren Ausgestaltung dienen.The object mentioned at the outset is also achieved by a handling system according to
Die Handhabungsanlage umfasst wenigstens einen Manipulator, beispielsweise einen Roboter oder Kran. Die Handhabungsanlage umfasst außerdem ein Magazin mit einer Mehrzahl von vorkonfigurierten Greifmodulen, welche jeweils wenigstens einen Greifendeffektor, beispielsweise einen Sauggreifer, aufweisen. Die Handhabungsanlage umfasst außerdem wenigstens ein mit dem wenigstens einen Manipulator verbundenes und durch diesen verlagerbares, Greifergrundmodul mit einer Mehrzahl von Koppelstellen, an welchen - zur Bildung des Greifers - jeweils ein Greifmodul ankoppelbar ist. Die Handhabungsanlage umfasst außerdem eine Steuereinrichtung, die eine Datenverarbeitungsanlage umfasst und dazu ausgebildet ist, den Manipulator anzusteuern. Die Steuereinrichtung ist zudem dazu eingerichtet, das vorstehend erläuterte Verfahren auszuführen.The handling system includes at least one manipulator, for example a robot or crane. The handling system also includes a magazine with a plurality of preconfigured gripping modules, each of which has at least one gripping end effector, for example a suction gripper. The handling system also includes at least one basic gripper module which is connected to the at least one manipulator and can be displaced by it and has a plurality of coupling points to which a gripper module can be coupled in order to form the gripper. The handling facility also includes a control device that includes a data processing system and is designed to control the manipulator. The control device is also set up to carry out the method explained above.
Das Verfahren zum Betreiben der Handhabungsanlage wird insbesondere computergestützt durchgeführt, mittels eines Computerprogramms für eine Datenverarbeitungsanlage, insbesondere für eine Datenverarbeitungsanlage, die zur Ansteuerung der vorstehend erläuterten Handhabungsanlage ausgelegt ist. Das Computerprogramm ist in einem entsprechenden Computerprogrammprodukt repräsentiert, welches Codiermittel umfasst, die bei der Ausführung durch die Datenverarbeitungsanlage diese veranlassen, folgende Schritte, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge, auszuführen:
- Zunächst werden Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers empfangen. Insbesondere können zu diesem Zweck zunächst Betriebsinformationen, beispielsweise Greifobjektinformationen, Greifmodul-Informationen und/oder Handhabungsprozessinformationen, empfangen werden, welche Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers repräsentieren. Aus diesen Betriebsinformationen können dann entsprechende Randbedingungen für die Konfiguration des Greifers ermittelt werden.
- First, boundary conditions for a configuration of the gripper are received. In particular, operating information, for example gripped object information, gripping module information and/or handling process information, can first be received for this purpose, which represents boundary conditions for a configuration of the gripper. Corresponding boundary conditions for the configuration of the gripper can then be determined from this operating information.
In einem weiteren Schritt wird dann ein Greifer-Konfigurations-Datensatz ermittelt, welcher für jede Koppelstelle Anzahl sowie Typ eines an die Koppelstelle anzukoppelnden Greifmoduls aus den in dem Magazin vorhandenen Greifmodulen repräsentiert. Das Ermitteln des Greifer-Konfiguration-Datensatzes erfolgt derart, dass die vorgegebenen Randbedingungen erfüllt sind.In a further step, a gripper configuration data record is then determined which, for each coupling point, represents the number and type of a gripping module to be coupled to the coupling point from the gripping modules present in the magazine. The gripper configuration data set is determined in such a way that the specified boundary conditions are met.
Sodann werden in einem weiteren Schritt Steuersignale in Abhängigkeit des Greifer-Konfigurations-Datensatzes generiert, welche bei Ausführung auf der Datenverarbeitungsanlage den Manipulator dazu veranlassen, das Greifergrundmodul an die ausgewählten Greifmodule in dem Magazin anzufahren, insbesondere diese an die jeweils zugeordnete Koppelstelle des Greifergrundmoduls anzukoppeln. Das Generieren der Steuersignale kann insbesondere das Ermitteln eines Steuerdatensatzes in Abhängigkeit des Greifer-Konfigurations-Datensatzes umfassen. Der Steuerdatensatz kann insbesondere Steueranweisungen für den wenigstens einen Manipulator repräsentieren, die bei Ausführung durch die Datenverarbeitungsanlage den Manipulator dazu veranlassen, das Greifergrundmodul an die ausgewählten Greifmodule anzufahren.In a further step, control signals are then generated as a function of the gripper configuration data set, which, when executed on the data processing system, cause the manipulator to move the gripper base module to the selected gripper modules in the magazine, in particular to couple these to the respectively assigned coupling point of the gripper base module. The generation of the control signals can in particular include the determination of a control data record as a function of the gripper configuration data record. The control data set can in particular represent control instructions for the at least one manipulator which, when executed by the data processing system, cause the manipulator to move the gripper base module to the selected gripper modules.
Das Computerprogramm umfasst insbesondere auch Codiermittel, welche die Datenverarbeitungsanlage dazu veranlassen, beim Ermitteln der Randbedingungen und/oder beim Ermitteln des Greifer-Konfiguration-Datensatzes die vorstehend erläuterten, vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens zum Betreiben der Handhabungsanlage zu realisieren.In particular, the computer program also includes coding means which cause the data processing system to implement the advantageous refinements of the method for operating the handling system explained above when determining the boundary conditions and/or when determining the gripper configuration data set.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures.
Es zeigen:
-
1a schematische Darstellung einer beispielhaften Handhabungsanlage in einer Ausgangskonfiguration; -
1b : die Handhabungsanlage gemäß1a in einer Konfiguration mit bereits zusammengesetzten Greifer; -
2 : schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung einer Ausgestaltung des Verfahrens zum Betreiben einer Handhabungsanlage; -
3 schematische Darstellungen verschiedener Ausgestaltungen eines Greifergrundmoduls; -
4 schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ankoppelns verschiedener Module an das Greifergrundmodul; -
5 schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Greifmoduls; und -
6 schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines zusammengesetzten Greifers.
-
1a schematic representation of an exemplary handling system in an initial configuration; -
1b : according to the handling facility1a in a configuration with the gripper already assembled; -
2 : schematic flowchart for explaining an embodiment of the method for operating a handling system; -
3 schematic representations of various configurations of a gripper base module; -
4 schematic representation to explain a coupling of different modules to the gripper base module; -
5 schematic representation of an embodiment of a gripping module; and -
6 schematic representation of an embodiment of a composite gripper.
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.In the following description and in the figures, the same reference symbols are used for identical or corresponding features.
Die
Wie nachfolgend noch näher erläutert, kann der Greifer 14 modular aus einem Greifergrundmodul 20 und einem oder mehreren Greifmodulen 22 bedarfsgerecht zusammengesetzt werden. Zu diesem Zweck umfasst das Greifergrundmodul 20 eine Mehrzahl von Koppelstellen 24 zur Ankopplung von jeweils einem Greifmodul 22.As explained in more detail below, the
Wie aus
Wie bereits erwähnt, können die Greifmodule 22 an das Greifergrundmodul 20 bedarfsweise angekoppelt werden und somit ein individuell konfigurierter Greifer 14 bereitgestellt werden. Zu diesem Zweck umfasst die Handhabungsanlage 10 einen Manipulator 30, welcher dazu ausgebildet ist, das Greifergrundmodul 20 zu verlagern und an die Greifmodule 22 anzufahren (vgl.
Die Handhabungsanlage 10 umfasst außerdem eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) mit Datenverarbeitungsanlage zur Ansteuerung des Manipulators 30 und zur rechentechnischen Ermittlung einer Greifer-Konfiguration.The handling
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die
Gemäß dem Verfahren werden in einem ersten Schritt 100 Randbedingungen für eine Konfiguration des Greifers 14 auf der Datenverarbeitungsanlage der Steuereinrichtung bereitgestellt. Die Randbedingungen umfassen Greifobjekt-Informationen 102, welche insbesondere Geometriedaten des Greifobjektes 12 und/oder Gewichtsdaten des Greifobjektes 12 umfassen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein die Gesamtstruktur des Greifobjektes 12 repräsentierender Datensatz auf die Datenverarbeitungsanlage eingelesen werden und in einer Speichereinrichtung hinterlegt werden (Schritt 104 in
Die Randbedingungen umfassend in dem dargestellten Beispiel außerdem Greifmodul-Informationen 108 zu den im Magazin 26 vorhandenen Greifmodulen 22, insbesondere zu deren individuellem Aufbau und/oder deren Anzahl und Lagerposition im Magazin 26. Beispielsweise können die Greifmodul-Informationen in einer Datenbank 110 einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung hinterlegt sein.In the example shown, the boundary conditions also include
Wie bereits erwähnt, können weitere Randbedingungen 112 für die Konfiguration des Greifers 14 bereitgestellt werden. Beispielsweise können Informationen zu dem Greifergrundmodul 20 bereitgestellt werden, insbesondere zu Anzahl und Anordnung der Koppelstellen. Die Randbedingungen können z.B. auch Prozessinformationen zu einem geplanten Handhabungsprozess und/oder Informationen zu einer zu erzielenden Haltekraft des Greifers 12 oder dessen Aufbau (z.B. Maximalabstand der Greifendeffektoren 28 zueinander) umfassen.As already mentioned,
In einem nächsten Schritt 114 wird dann in Abhängigkeit der vorgegebenen Randbedingungen eine Greifer-Konfiguration ermittelt, welche für jede Koppelstelle 24 des Greifergrundmoduls 20 Anzahl (null oder eins) und Typ eines anzukoppelnden Greifmoduls 22 repräsentiert. Wie bereits vorstehend als eine mögliche Ausgestaltung des Verfahrens erwähnt, ist es beispielsweise denkbar, dass in Abhängigkeit der Greifmodul-Informationen 108 und Informationen zu dem Greifergrundmodul zunächst potentielle Greifer-Konfigurationen rechentechnisch ermittelt werden, welche sich aus den im Magazin 26 vorhandenen Greifmodulen 22 und dem Greifergrundmodul 20 zusammensetzen lassen. Diese potentiellen Greifer-Konfigurationen können dann im Hinblick auf die weiteren Randbedingungen, z.B. im Hinblick auf eine bereitgestellte Haltekraft, bewertet werden und diejenige Greifer-Konfiguration ausgewählt werden, die die Randbedingungen vorzugsweise optimal erfüllt.In a
Die ermittelte Greifer-Konfiguration kann dann in Form eines Greifer-Konfigurations-Datensatzes abgespeichert werden.The determined gripper configuration can then be stored in the form of a gripper configuration data record.
In einem nächsten Schritt 116 wird dann in Abhängigkeit der ermittelten Greifer-Konfiguration, insbesondere in Abhängigkeit des Greifer-Konfigurations-Datensatzes, ein Steuerdatensatz ermittelt, welcher Steueranweisungen für den wenigstens einen Manipulator 30 repräsentiert, die bei Ausführung auf der Datenverarbeitungsanlage den Manipulator 30 dazu veranlassen, das Greifergrundmodul 20 zum Zusammensetzen des Greifers 14 an die gemäß der Greifer-Konfiguration ausgewählten Greifmodule 22 in dem Magazin 26 anzufahren und diese Greifmodule 22 an die jeweils zugeordnete Koppelstelle 24 des Greifergrundmoduls 20 anzukoppeln.In a
Sodann wird der Manipulator 30 in Abhängigkeit des Steuerdatensatzes angesteuert, um den Greifer 14 gemäß der ermittelten Greifer-Konfiguration zusammenzusetzen (Schritt 118 in
In einem in
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die
Die
Wie bereits in
Die Greifmodule 22 umfassen außerdem eine Ankoppelstelle 44, mittels welcher das Greifmodul 22 mit einer Koppelstelle 24 des Greifergrundmoduls 20 verbindbar ist (vgl.
Die
Claims (15)
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2022
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